专题34第三章化工流程一练习2020年高考化学一轮复习全突破解析版

1第四讲化工流程（一）1．以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%～40%20%～25%5%～15%2%～3%1%～2%1%～2%回答下列问题：(1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是___________、__________________。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是______________________________。(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是____________________________________。【答案】(1)H2SO4SiO2(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋调节溶液pH，使Fe3＋、Al3＋以氢氧化物的形式沉淀除去(3)取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出【解析】(1)流程制备的是MgSO4·7H2O，为了不引入杂质，因此所用的酸是硫酸，化学式为H2SO4；根据硼镁泥的成分，SiO2不与硫酸反应，因此滤渣1为SiO2；(2)硼镁泥中含有FeO，与硫酸反应后生成FeSO4，次氯酸钙具有强氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，氧化镁的作用是调节pH，使Al3＋和Fe3＋以氢氧化物形式沉淀出来，除去Fe3＋和Al3＋；(3)除杂是除去的Fe3＋和Al3＋，因此验证Fe3＋就行，方法是取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全；(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出。2．“分子筛”是一种具有多孔结构的铝硅酸盐(NaAlSiO4·nH2O)，其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故此得名。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备“分子筛”的一种工艺如下：(1)分子筛的孔道直径为4A称为4A型分子筛；当Na＋被Ca2＋取代时就制得5A型分子筛，当Na＋被K2＋取代时就制得3A型分子筛。要高效分离正丁烷(分子直径为4.65A)和异丁烷(分子直径为5.6A)应该选用________型的分子筛。(2)铝灰在90℃时水解的化学方程式为____________________________；“水解”采用90℃而不在室温下进行的原因是_________________________________。(3)“酸溶”时，为降低生产成本，应选择的酸为__________，理由是_____________。(4)“氧化”时，发生的主要反应的离子方程式为____________________________。(5)该工艺中滤渣的成分是________。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，如何证明该晶体已经洗涤干净？____________________。【答案】(1)5A(2)AlN＋3H2O=====90℃Al(OH)3＋NH3↑加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出(3)盐酸电解时生成的氢气和氯气可以制备盐酸(4)2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O(5)Fe(OH)3(6)取最后一次洗涤液少许，加入浓氢氧化钠溶液并微热，若不能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则洗涤干净，否则未洗涤干净(或取最后一次洗涤液少许，加稀硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若不能产生白色沉淀，则洗涤干净，否则未洗涤干净)【解析】(1)分离正丁烷和异丁烷，选用分子筛的型号应在4.65A～5.6A之间，故应选择5A型分子筛。(2)铝灰中的AlN发生水解反应生成氢氧化铝和氨气，反应的化学方程式为AlN＋3H2O===Al(OH)3＋NH3↑，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(3)浓缩海水除杂后电解时有氢气和氯气产生，氢气和氯气反应可以制备盐酸，用于酸溶，从而降低生产成本。(4)酸溶后的溶液中含有Fe2＋，漂白液中的ClO－可将Fe2＋氧化成Fe3＋。(5)加入NaOH，Al3＋转化成AlO－2，Fe3＋转化成Fe(OH)3，则该工艺中滤渣的成分为Fe(OH)3。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，通过检验晶体表面是否有铵根离子或氯离子可判断是否洗涤干净。3．PFS是水处理中重要的絮凝剂，下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是________；PFS中铁元素的化合价为________；在酸浸槽中，为了提高浸出率，可以采取的措施有________________(写两条)。(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3·xH2O)，则酸浸时反应的化学方程式有________________________。(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂，则反应的离子方程式为_______________；生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是__________________________。3(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强，造成的后果是____________________。如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe3＋的浓度为1mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，溶液的pH约为________。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10－39]。【答案】(1)H2SO4＋3加热、搅拌、多次浸取等(2)Fe2O3·xH2O＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋(3＋x)H2O、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2OH2O2与Fe2＋的反应为放热反应，加入的H2O2过多，且生成的Fe3＋能作H2O2分解的催化剂，H2O2发生分解反应，生成了O2(4)影响Fe3＋与OH－的结合(合理答案均可)1【解析】(1)絮凝剂是硫酸盐，制备时不能引入杂质，要用硫酸酸浸；根据[Fe2(OH)x(SO4)3－x/2]y中各元素正负化合价的代数和为0，得铁的化合价为＋3。(2)Fe2O3·xH2O和Fe均与硫酸反应。(4)Fe3＋＋3H23＋3H＋，酸性过强，Fe3＋水解平衡逆向移动，不利于Fe(OH)3的生成；若溶液中Fe3＋的浓度为1mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，则1.0×10－39＝1mol·L－1×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－13mol·L－1，则c(H＋)＝0.1mol·L－1，所以pH＝1。4．醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH物质20℃时溶解性(H2O)Fe3＋1.13.2CaSO4微溶Fe2＋5.88.8NiF2可溶Al3＋3.05.0CaF2难溶Ni2＋6.79.5NiCO3Ksp＝9.60×10－6(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是____________。(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是________、________。(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：___________________________。(4)酸浸过程中，1molNiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：______________________________________。(5)沉镍过程中，若c(Ni2＋)＝2.0mol·L－1，欲使100mL该滤液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤10－5mol·L－1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。(保留小数点后1位有效数字)(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、________min。4【答案】(1)5.0≤pH＜6.7(2)SiO2、CaSO4CaF2(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O(5)31.4(6)70120【解析】(1)～(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(还可能含少量Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H2O2将可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，调节溶液pH为5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2＋，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步洗涤、蒸发、结晶得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1molNiS失去6mol电子，S2－被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2＋沉淀完全时溶液中c(CO2－3)＝Ksp3c2＋＝9.60×10－610－5＝0.96mol·L－1，故需要加入Na2CO3的质量最少为[0.96mol·L－1×0.1L＋(2.0mol·L－1－10－5mol·L－1)×0.1L]×106g·mol－1＝31.4g。5．硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。用锌白矿(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂质)制备ZnSO4·7H2O的流程如下：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L－1计算)如表所示：金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Zn2＋6.48.0(1)“滤渣1”的主要成分为________(填化学式)。“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、____________(填一种)。(2)“置换”过程中，加入适量的锌粉，除与溶液中的Fe3＋、H＋反应外，另一主要反应的化学方程式为______________________________________。(3)“氧化”一步中，发生反应的离子方程式为________________________________。溶液pH控制在[3.2,6.4)之间的目的是____________________________________。5(4)“母液”中含有的盐类物质有____________(填化学式)。【答案】(1)SiO2粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等)(2)Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4(3)3Fe2＋＋MnO－4＋7ZnO＋9H＋===3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋使Fe3＋沉淀完全，而Zn2＋不沉淀(4)ZnSO4、K2SO4【解析】(1)锌白矿中的ZnO、Fe2O3、CuO可与H2SO4反应，所以滤渣1是SiO2；提高浸出率的常用方法是粉碎矿物、适当提高温度、适当提高浓度、搅拌等。(2)加入Zn能反应的有H＋、Fe3＋、Cu2＋。(3)由流程图可知发生氧化还原反应，氧化剂是MnO－4，还原产物是MnO2，还原剂是Fe2＋，氧化产物是Fe(OH)3，所以由得失电子守恒可知：3n(MnO－4)＝n(Fe2＋)，最后再由ZnO调节pH，根据氧原子守恒配平得：3Fe2＋＋MnO－4＋7ZnO＋9H＋===3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋；由表格数据可知pH≥3.2是使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而被除去，pH＜6.4的目的是使Zn2＋不被除去。(4)由流程图可